[发明专利]一种瞬变电压抑制二极管用硅外延片的制备方法

摘要

本发明公开了一种瞬变电压抑制二极管用硅外延片的制备方法。本制备方法通过气体流场、基座温场调节以及外延工艺的优化，克服了现有瞬变电压抑制二极管用硅外延片工艺中存在的厚度和电阻率均匀性控制的问题。通过外延工艺的优化实现了对衬底杂质自扩散过程的控制，保证了硅外延片的厚度和电阻率的高均匀性，表面无层错、位错、滑移线、雾等缺陷。采用本方法制备的硅外延片的厚度和电阻率不均匀性均小于2%；硅外延片的厚度均值范围为6.10‑6.25μm，电阻率均值范围为1.25‑1.35Ω·cm，从而满足了瞬变电压抑制二极管的使用要求。

主权项

1.一种瞬变电压抑制二极管用硅外延片的制备方法，其特征在于，有以下步骤：（1）、首先通过旋转外延炉石墨基座下方的感应线圈的底端设置的9组距离可调的调节杆来顶起或拉低线圈的位置，调整线圈每个部分与石墨基座之间的间距，进而调节基座的温场分布均匀性，实现对硅外延片厚度和电阻率的均匀性的控制；9组调节杆分别命名为4#‑12#，其中4#调节杆的刻度值设定范围为‑6～‑10，5#调节杆的刻度值设定范围为‑10～‑15，6#调节杆的刻度值设定范围为‑25～‑30，7#调节杆的刻度值设定范围为‑25～‑30，8#调节杆的刻度值设定范围为0～+3，9#调节杆的刻度值设定范围为‑25～‑30，10#调节杆的刻度值设定范围为‑25～‑30，11#调节杆的刻度值设定范围为0～+3，12#调节杆的刻度值设定范围为0～+3；（2）、利用纯度≥99.99%的HCl气体对外延炉基座进行腐蚀，完全去除基座上的残余沉积物质，刻蚀温度设定为1080‑1100℃，HCl气体流量设定为30‑35 L/min，刻蚀时间设定为3‑5 min；刻蚀完成后随即对基座重新生长一层无掺杂多晶硅，生长原料为SiHCl₃，气体流量设定为5‑6 L/min，生长时间设定为5‑6 min；（3）、向外延炉基座片坑内装入硅单晶衬底片，依次利用纯度均≥99.999%的氮气和氢气吹扫外延炉反应腔体，气体流量设定为100‑120 L/min，吹扫时间设定为8‑10 min；（4）、利用HCl气体对硅单晶衬底片的表面进行抛光，HCl流量设定为1‑3 L/min，抛光温度设定为1060‑1080℃，抛光时间设定为1‑3 min；（5）、使用周期性变流量的氢气对外延炉反应腔体进行吹扫，将衬底杂质不断稀释并排除出腔体，氢气流量变化范围设定为150‑230 L/min，氢气流量从150 L/min上升到230 L/min，时间设定为1‑2 min，230 L/min的气体吹扫，时间设定为3‑5 min，然后将氢气流量从230 L/min下降至150 L/min，时间设定为1‑2 min，150 L/min的气体吹扫，时间设定为1‑3 min，完成一次变流量吹扫过程，总共需进行1‑2次变流量吹扫过程；（6）、在外延层生长前，通过旋转外延炉反应腔体的左、中、右三个进气口上的气流调节旋钮来分配腔体内的H₂气流量，进而调节外延炉反应腔体内的流场分布，实现对硅外延片厚度均匀性的调节，左、右两侧进气口的气流量调节范围为19‑30 L/min；（7）、SiHCl₃作为生长原料，首先在硅单晶衬底片表面快速生长本征外延层，以抑制衬底杂质的自扩散过程，氢气流量设定为140‑160 L/min，SiHCl₃流量设定为4‑7 L/min，生长时间设定为40‑60 sec，生长温度设定为1060‑1080℃；（8）、再次用周期性变流量的氢气对外延炉反应腔体进行吹扫，将衬底杂质进一步稀释并排除出腔体，氢气流量变化范围设定为150‑230 L/min，氢气流量从150 L/min上升到230 L/min，时间设定为1‑2 min，230 L/min的气体吹扫，时间设定为3‑5 min，然后将氢气流量从230 L/min下降至150 L/min，时间设定为1‑2 min，150 L/min的气体吹扫，时间设定为1‑3 min，完成一次变流量吹扫的过程，总共需进行1‑2次变流量吹扫过程；（9）、利用SiHCl₃作为生长原料进行掺杂外延层的生长，生长温度设定为1060‑1080℃，氢气流量设定为140‑160 L/min，SiHCl₃流量设定为5‑6 L/min，磷烷流量设定为113‑117 sccm，SiHCl₃和磷烷预先通过管路排空，实现气体浓度的稳定，然后进入外延炉反应腔体进行外延层生长，排空时间设定为0.5‑3.0min，外延层的生长时间设定为4min30sec‑4min40sec；（10）、外延层生长完成后开始降温，将氢气和氮气流量设定为100‑120 L/min，依次吹扫外延炉反应腔体10‑12 min，然后将硅外延片从基座上取出。